Die Erfindung betrifft einen Sprungschalter mit einer stromführenden Sprungfeder gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sprungschalters gemäß Anspruch 10 sowie ein Überlastrelais und einen Ausgelöstmelder mit einem derartigen Sprungschalter gemäß Anspruch 11 bzw. 12.

Der Einsatz eines solchen Sprungschalters mit einer stromführenden Sprungfeder in einem Überlastrelais ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3840064 AI bekannt und darin in Fig. 1 gezeigt. An die in solchen Überlastrelais eingesetzten Sprungfedern werden Anforderungen für eine hohe mechanische und thermische Langzeitstabilität und gute elektrische Leitfähigkeit gestellt. Zum Erfüllen dieser Anforderungen bieten sich Werkstoffe aus Kupfer-Beryllium-Legierungen an. Der Legierungsbestandteil Beryllium gilt jedoch als gesundheitsschädlich. Daher soll er möglichst vermieden werden. Zudem könnte sein Einsatz in Zukunft genau aus diesem Grund eingeschränkt oder ganz verboten werden.

Als Alternative zur stromführenden Sprungfeder sind Lösungen bekannt, welche die Funktionen mechanische Langzeitstabilität und gute elektrische Leitfähigkeit entkoppeln. Es werden beispielsweise klassische Stahlfedern mit einer Kipplagerungsmechanik und beweglichen Schaltkontakten, welche den Strom führen, gepaart, siehe beispielsweise die aus der europäischen Patentanmeldung EP 2345056 AI bekannte Lösung.

Aus der britischen Offenlegungsschrift GB 669969 A ist eine Sprungfeder für einen elektrischen Schnappschalter bekannt, die einen Feder-Stahlkern aufweist, der mit einer dünnen Lage aus Kupfer plattiert ist. Die Dicke der Kupferplattierung ist hierbei derart gewählt, dass die sie eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit als der Feder- Stahlkern aufweist, dessen Federfähigkeit jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt. Der Störeinfluss des aufplattierten Kupfers kann allerdings eine erhöhte Fertigungsstreuung bewirken. Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3530221 AI ein Miniaturschalter bekannt, der ein bewegliches Federplättchen aufweist, das in einem Kontaktbereich mit feststehenden Kontakten mit einem Edelmetall wie beispielsweise Silber, Gold oder einer Legierung daraus plattiert ist, um die elektrische Leitfähigkeit an den entsprechenden Grenzflächen zu erhöhen und gleichzeitig auf dem beweglichen Federplättchen einen bewegten Kontakt mit extrem verringerter Dicke festzulegen. Ebenso offenbart die US-Patentschrift US5,121,095 einen thermischen Motorschutzschalter mit einem Bimetall, das in einem Kontaktbereich mit einer Silberplattierung versehen ist, um die Kontaktfähigkeit zu verbessern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Sprungschalter mit einer stromführenden Sprungfeder zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht darin, die stromführende Sprungfeder eines Sprungschalters aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff herzustellen, und die Plattierung an mindestens einer Justagestelle der Sprungfeder zu verdrängen oder gar nicht erst vorzusehen, sowie die Sprungfeder bei der Montage im Sprungschalter zu verformen, so dass mittels präziser Formgebung beim Montagevorgang eine definierte Sprungbewegung ermöglicht wird und insbesondere dadurch der Sprungschalter entsprechend justiert wird. Die Plattierung ist hierbei möglichst großflächig vorgesehen und insbesondere nur an der oder den Justagestelle (n) verdrängt bzw. nicht vorgesehen, so dass eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit für einen Stromfluss über die Sprungfeder sowie eine möglichst präzise definierte Sprungbewegung durch eine gute Verformbarkeit an der oder den Justagestelle (n) gewährleistet werden kann, im Unterschied zu einer Plattierung lediglich an einem Kontaktbereich zum Verbessern der Kontaktfähigkeit. Eine Verdrängung bzw. ein nicht Vorsehen einer Plattierung an der oder den Justagestellen, an denen die Sprungfeder bei der Montage verformt wird, hat sich als eine Lösung für das Erreichen der zwei an sich nicht oder nur mit hohen technischen Aufwand kombinierbaren Effekte einer guten elektrischen Leitfähigkeit und einer möglichst präzise definierbaren Sprungbewegung bei der Montage herausgestellt. Die Plattierung weist insbesondere eine oder mehrere Metalllagen auf, die vorzugsweise eine bessere elektrische Leitfähigkeit als ein Basiswerkstoff oder die Grundschicht, auf dem bzw. der die Plattierung aufgebracht ist, besitzen. Beispielsweise kann die Plattierung eine Lage aus einem Buntmetall und/oder eine Lage aus einem Edelmetall aufweisen, während der Basiswerkstoff bzw. die Grundschicht aus einem Federwerkstoff wie beispielsweise einem elastischen Metall, insbesondere einem Federstahl hergestellt sein kann. Je nach Wahl des Federwerkstoffs für die Sprungfeder kann diese magnetische oder unmagnetische Eigenschaften aufweisen und für einen häufigen Biegewechsel ausgelegt sein. Von den aus der DE 3840064 AI und GB 669969A bekannten Sprungfedern unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in der Formgebung der aus einem mehrschichtigen Werkstoff gebildeten Sprungfeder, bei der die Plattierung mit dem besser leitfähigen Material an der oder den Justagestelle(n) der Sprungfeder, also insbesondere an Biege- und/oder Beulstellen teilweise oder vollständig verdrängt oder nicht vorhanden ist, damit der Kern der Feder, der eigentliche Federwerkstoff, die gewünschte Verformung erhalten kann. Dadurch wird erreicht, dass der Federwerkstoff definierter verformt werden kann und derart gefertigte Federn eine geringere Fertigungsstreuung aufweisen. Um den Störeinfluss der Federeigenschaften des aufplattierten Metalls zu minimieren, kann der Träger der die Sprungfeder bildenden Blattfeder in einem teilmontierten Sprungschalter individuell leicht verformt werden, um Fertigungstoleranzen der Feder in der wirkverbundenen Funktionskette eines Geräts, in dem der Sprungschalter eingebaut ist und die mehrere Teile und/oder Baugruppen aufweisen kann, auszugleichen.

Eine A us f üh r u ngs fo rm der Erfindung betrifft nun einen Sprungschalter, der eine stromführende Sprungfeder aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann und aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff hergestellt ist, wobei die Plattierung an Justagestellen der Sprungfeder teilweise oder vollständig verdrängt und/oder nicht vo handen ist, und wobei der Sprungschalter dadurch justiert ist, dass die Sprungfeder an den Justagestellen bei der Montage im Sprungschalter verformt worden ist. Vor einer Montage im Sprungschalter kann die stromführende Sprungfeder bereits vorgebogen sein, was beispielsweise die Montage des Sprungschalters erleichtern kann.

Die Plattierung kann mindestens eine Lage aus einem Buntmetall und/oder eine Lage aus einem Edelmetall aufweisen. Die Plattierung kann also im einfachsten Fall einlagig ausgebildet sein, beispielsweise eine Plattierung mit einer Lage Buntmetall wie Kupfer, oder eine Plattierung mit einer Lage Edelmetall wie Silber aufweisen, oder sie kann mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise mit einer ersten Lage Buntmetall und einer zweiten Lage Edelmetall. Eine mehrlagige Plattierung kann beispielsweise zum Erzielen einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit der Sprungfeder gewählt werden. Das Buntmetall kann insbesondere Kupfer und die stromfüh ende Sprungfeder insbesondere aus einem beidseitig Kupfer-plattierten Federstahlband durch Ausstanzen und ggf. Vorbiegen hergestellt sein.

Die Sprungfeder kann bei der Montage des Sprungschalters beispielsweise an ein, zwei oder drei Enden entweder unter Spannung fixiert worden sein oder spannungsfrei fixiert und eine Spannung der Sprungfeder nach der Fixierung erzeugt worden sein, und/oder der Sprungschalter kann durch Beulen und/oder Biegen an der Sprungfeder oder an einem Träger der Sprungfeder justiert worden sein.

Um eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten, kann das Buntmetall Kupfer sein die Sprungfeder eine definierte Kupferschicht aufweisen so dass die Sprungfeder insgesamt einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner als 0,14 Ohm * mm ² /m aufweist, und/oder der mehrschichtige Werkstoff, aus dem die Sprungfeder herstellt ist, kann einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner 0,14 Ohm * mm ² /m aufweisen. Beispielsweise erreichen bestimmte Legierungen für Federanwendungen einen spezifischen Widerstand kleiner als 0,14 Ohm * mm ² /m und könnten daher als Federwerkstoff für die Sprungfeder eingesetzt werden, um bereits dadurch eine gewünschte entsprechende elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Aber auch durch eine Plattierung mit einem geringen spezifischen Widerstand kann der spezifische Widerstand der gesamten Sprungfeder so beeinflusst werden, dass eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit erhalten wird, Die Plattierung der Sprungfeder kann insbesondere ohne Zwischenlage auf einem Federkern aufgebracht sein.

Weiterhin kann die Sprungfeder zum Einsatz bei höheren Temperaturen insbesondere von mehr als ungefähr 100 °C ausgelegt sein. Dies kann insbesondere durch die Auswahl entsprechend geeigneter Federwerkstoffe erreicht werden. Beispielsweise kann die Einsatztemperatur von Federstahl je nach Sorte bei 80°C bis 300°C liegen. Da die Feder Eigenschaften der Sprungfeder im Wesentlichen durch den Federwerkstoff, beispielsweise den Federstahl bestimmt werden, und nur gering von der Plattierung beeinflusst werden, wird die Einsatztemperatur der Sprungfeder wesentlich von der Einsatztemperatur des Federwerkstoffes bestimmt. Durch eine entsprechende Auswahl beispielsweise einer geeigneten Federstahlsorte mit einer Einsatztemperatur von mehr als ungefähr 100°C kann damit die Sprungfeder für den Einsatz bei dieser Temperatur ausgelegt werden.

Schließlich kann die Sprungfeder für häufige Biegewechsel ausgelegt sein. Dies kann insbesondere durch Auswahl eines geeigneten Federwerkstoffs insbesondere Federstahls erreicht werden; beispielsweise eignet sich für häufige Biegewechsel oder hohe dynamische Belastungen eine Kupfer-Beryllium-Legierung, aber es können durch eine Auswahl entsprechender Federstahlsorten auch höhere dynamische Belastungsbereiche erzielt und eine Sprungfeder mit solchen Federstahlsorten aus Federwerkstoff so für häufige Biegewechsel und die dementsprechende dynamische Belastung ausgelegt werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sprungschalters nach der Erfindung und wie hierin beschrieben, wobei der Sprungschalter eine stromführende Sprungfeder aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann, mit den folgenden Schritten: Herstellen der Sprungfeder aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff, Fixieren der Sprungfeder an mindestens einem Ende im Sprungschalter, und Verformen der Sprungfeder an den Justagestellen bei der Montage im Sprungschalter, um den Sprungschalter zu justieren, wobei ein teilweises oder vollständiges Verdrängen der Plattierung an Justagestellen der Sprungfeder entweder beim Schritt des Verformens oder vor dem Schritt des Verformens erfolgt

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Überlastrelais mit einem Überlastauslöser, einem Hilfsschalter, der einen Sprungschalter nach der Erfindung und wie hierin beschrieben aufweist, und einer mechanischen Übertragungseinrichtung zum Übertragen eines Auslösevorgangs vom Überlastauslöser auf den Sprungschalter des Hilfsschalters, wobei die Übertragungseinrichtung bei einem Auslösevorgang eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder des Sprungschalters derart bewirkt, dass der Sprungschalter schaltet. Schließlich betrifft eine weitere Ausführungsform der Erfindung einen Ausgelöstmelder für ein Schaltgerät, der ausgebildet ist, einen Ausgelöst-Zustand eines mechanisch mit ihm gekoppelten Schaltgeräts zu signalisieren, und einen Sprungschalter nach der Erfindung und wie hierin beschrieben aufweist, wobei beim Auslösen des Schaltgeräts über die mechanische Kopplung eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder des Sprungschalters derart bewirkt wird, dass de Sprungschalter schaltet.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Detailansicht der Auslösemechanik des Überlastrelais von Fig. 1;

Fig. 3 eine Detailansicht der Sprungfeder des im Überlastrelais von Fig. 1 eingebauten Sprungschalters; Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter, bei dem die Sprungfeder durch eine Blattfeder implementiert ist, die eine durch eine Beule ausgebildete Justagestelle besitzt, gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter, bei dem die Sprungfeder durch eine Blattfeder implementiert ist, die aus einem teilplattierten Band ausgestanzt ist, gemäß der Erfindung; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Sprungfeder des im Überlastrelais von Fig. 5 eingebauten Sprungschalters.

In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais 10, das einen Überlastauslöser 12 und einen Hilfsschalter 14 umfasst. Der Überlastauslöser 12 weist pro elektrischer Phase einen Bimetallauslöser, wie er beispielsweise in der DE 3840064 AI beschrieben ist, auf. Erhöhter Stromfluss in den einzelnen Phasen, wie er beispielsweise bei Überlast auftreten kann, bewirkt eine Verformung der Bimetallauslöser oder unterschiedliche Stromflüsse in den einzelnen Phasen, wie sie beispielsweise beim Ausfall einer Phase auftreten können, bewirken entsprechende Differenzen bei der Verformung der Bimetallauslöser, wodurch eine mechanische Übertragungseinrichtung, die nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, betätigt wird. Diese Betätigung führt wiederum dazu, dass ein Auslösevorgang auf einen Sprungschalter des Hilfsschalters 14 übertragen wird.

Im Auslösefall wird also ein Auslösevorgang vom Überlastauslöser 12 über die mechanische Übertragungseinrichtung wie nun nachfolgend beschrieben auf den Sprungschalter übertragen: bei einer Verformung der Bimetallauslöser des Überlastauslösers 12 werden Brücken 22' und 22" verschoben und ein Betätigungshebel 22 in seiner Position verändert (in gezeigten Beispiel verschoben und gedreht). Die Positionsänderung des Betätigungshebels 22 wird auf einen Auslösehebel 24 im Hilfsschalter 14 übertragen. Dadurch wird der Auslösehebel 24 um eine Drehachse bewegt, und zwar so, dass er auf einen Sprungfeder-Betätigungshebel 28 Druck ausübt. Der Sprungfeder-Betätigungshebel 28 wiederum drückt auf die Sprungfeder 16 (zum Beispiel ein sogenannter Knackfrosch), so dass diese von einer ersten Ruhestellung in eine zweite Ruhestellung springt. In der ersten Ruhestellung sind Öffner-Kontakte 18 des Hilfsschalters 14 geschlossen und Schließer-Kontakte 20 des Hilfsschalters 14 geöffnet. In der zweiten Ruhestellung sind die Öffner-Kontakte 18 geöffnet und die Schließer-Kontakte 20 geschlossen. Durch das Öffnen der Öffner-Kontakte 18 kann beispielsweise die Stromzufuhr des Steuerstromkreises des zugehörigen Schützes und so indirekt die Stromzufuhr zu den Phasen des zu schützenden Stromkreises unterbrochen werden. Dies entspricht dem Ausgelöst-Zustand im Überlastfall oder dem Ausgelöst-Zustand bei Phasenausfall des Überlastrelais 10. Über einen Einstellmechanismus 30 der Auslöseschwelle, der wirkverbunden ist mit dem Temperaturkompensationsstreifen 26, kann zudem die Übertragung des Auslösevorgangs vom Überlastauslöser 12 insbesondere an Betriebsbedingungen des Überlastrelais 10 genauer angepasst werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Sprungschalters im Hilfsschalter 14 im Detail. Hierbei ist deutlich die den Betätigungshebel 22, den Auslösehebel 24, den Temperaturkompensationsstreifen 26 und den Sprungfeder-Betätigungshebel 28 umfassende mechanische Übertragungskette für die Übertragung eines Auslösevorgangs auf die Sprungfeder 16 zu erkennen. Die stromführende Sprungfeder 16 und ihre Ausbildung sowie Lagerung im Sprungschalter sowie die Herstellung des Sprungschalters mit dieser Sprungfeder 16 wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben: die Grundform der Sprungfeder 16 wird aus einem beidseitig mit einem elektrisch leitfähigen Buntmetall wie beispielsweise Kupfer-plattierten Federstahlband ausgestanzt. Vor der Montage der Sprungfeder 16 im Sprungschalter wird die Sprungfeder 16 vorgebogen. Das Vorbiegen ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Für die Montage wird die Sprungfeder 16 an ihren zwei Enden unter Spannung fixiert. Die Sprungfeder kann auch an lediglich einem oder an drei Enden fixiert werden. Die Fixierung der Sprungfeder kann auch spannungsfrei erfolgen, wobei dann eine Spannung der Sprungfeder erst nach der Fixierung beispielsweise durch Beulen erzeugt wird. In Fig. 3 sind zwei Fixierungen 161 und 162 an einem Ende der Sprungfeder 16 auf einem Träger 165 für die Sprungfeder 16 erkennbar. Das andere Ende der Sprungfeder 16 kann mit einem Hilfsmittel bei der Montage gesondert fixiert werden, das nach erfolgter Montage wieder entfernt wird. Im derart fixierten Zustand wird nun insbesondere durch Beulen und/oder Durchbiegen an Justagestellen 163, 164 der Sprungfeder 16 oder an einem Träger der Sprungfeder 16 der Sprungschalter justiert, d.h. insbesondere das Springen der Sprungfeder 16 von der ersten in die zweite Ruhestellung und zurück eingestellt. Für die Justage können die Justagestellen 163, 164 auch fixiert werden, was die Verformung erleichtern kann. Hierbei kommt zum Tragen, dass an den Justagestellen 163 und 164 der Sprungfeder 16, also an den Stellen, an denen ein Biegen und/oder Beulen der Sprungfeder erfolgt, die Buntmetall-Plattierung teilweise oder sogar vollständig verdrängt oder gar nicht erst vorhanden ist. Diese Verdrängung oder das Nicht-Vorhandensein kann bereits bei der Plattierung durch partielles Plattieren erfolgt sein, oder nach dem Plattieren durch gezieltes Freilegen der Justagestellen 163 und 164 beispielsweise durch Schleifen oder Beulen, oder sogar erst beim Justieren, beispielsweise durch partielles Abtragen beim Biegen und/oder Beulen. Die Verdrängung bewirkt, dass der Kern der Sprungfeder 16, also der eigentliche Federwerkstoff die gewünschte Verformung erhalten kann und die Sprungfedern 16 eine geringere Fertigungsstreuung aufweisen. Um den Störeinfluss der Federeigenschaften des aufplattierten Buntmetalls auf die Federeigenschaften der Sprungfeder 16 zu minimieren, kann der Träger der Sprungfeder 16 im teilmontierten Überlastrelais oder Hilfsschalter individuell leicht verformt werden, umso etwaige Fertigungstoleranzen der Sprungfeder 16 in einer wirkverbundenen Funktionskette auszugleichen.

Fig. 4 zeigt das Überlastrelais 10 mit dem Überlastauslöser 12 und dem Hilfsschalter 14, wobei im Hilfsschalter 14 im Unterschied zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine andere Ausgestaltung der Sprungfeder eingesetzt wird: in diesem Fall weist die Sprungfeder 16' als Justagestelle 166 eine Beule auf; die Justagestelle ist also hier nicht an den Fixierungen der Sprungfeder wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 vorgesehen. Die Beule wird insbesondere nach Montage der Sprungfeder 16' und Fixierung derselben im Hilfsschalter 14 eingebracht, um eine möglichst exakte Einstellung der Sprungfeder 16' im Hilfsschalter 14 zu gewährleisten.

Fig. 5 zeigt das Überlastrelais 10 mit dem Überlastauslöser 12 und dem Hilfsschalter 14, wobei im Hilfsschalter 14 eine Sprungfeder 16" eingesetzt ist, die aus einem teilplattierten Band ausgestanzt ist. Die Teilplattierung der Sprungfeder ist in der Draufsicht auf die Feder von Fig. 6 gezeigt: etwa in der Mitte der Feder 16" verläuft ein Bereich 161", der nicht plattiert ist und sich zwischen zwei plattierten Bereichen 162" der Sprungfeder 16" erstreckt. Weiterhin sind ähnlich wie bei der Sprungfeder 16 von Fig. 3 Justagestellen 163" und 164" vorgesehen.

Durch die Erfindung kann der Einsatz von gesundheitsschädlichen Metallen wie Kupfer- Beryllium vermieden werden. Zudem ermöglicht die Erfindung die Fertigung von Sprungschaltern mit geringeren Fertigungstoleranzen bei den eingesetzten Sprungfedern.